[发明专利]全球导航卫星系统快速选星方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星导航领域，具体涉及一种全球导航卫星系统快速选星方法。

背景技术

几十年来，美国的导航星测时与测距全球定位系统(Navigation Satellite Timing AndRanging/Global Positioning System，简称为GPS)和俄罗斯的全球导航卫星系统(GLObal NAvigation Satellite System，简称为GLONASS)已发展成为第二代卫星导航定位系统，欧盟的伽利略(GALILEO)系统和中国的北斗二代卫星导航定位系统(BeiDou-2，简称为BD2)等正在积极筹建。据报道，北斗二代卫星导航系统将在2009年前后发射12颗卫星，为中国及周边地区提供基本服务。不久的将来，这些系统将共同组成全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，简称为GNSS)。到那时，全球导航卫星将有一百多颗，多卫星导航系统的组合导航势成必然。对任意一种卫星导航系统，简称为单系统；对任意两种卫星导航系统的组合系统，简称为双系统；对任意三种卫星导航系统的组合系统，简称为三系统；对任意四种卫星导航系统的组合系统，简称为四系统；对双系统及其以上系统统称为多星座卫星导航系统或组合星座卫星导航系统，简称为多系统。采用多星座卫星导航系统时，可见星数将大幅增加，定位精度和系统可用性及可靠性均将大大提高，但同时，导航定位的运算量也随之成倍增长，加之工程上对用户接收机的处理器速度要求提高，特别是对高动态用户而言，为了保证实时处理的要求，对接收机处理器速度的要求就更是大大提高，因而大大加重了用户接收机的负担，使其成本上升。

为了解决上述问题，选星便显得尤为重要且迫切。

在组合星座卫星导航系统定位中，影响定位精度的关键因素之一是几何精度因子(Geometric Dilution of Precision，简称为GDOP)。常规选星方法主要针对GDOP，有GDOP或加权GDOP选星，GDOP或加权GDOP越小，定位精度越高。GDOP的求解式为：

GDOP=tr(HTH)-1---(1)]]>

式中H表示用户至导航卫星的方向余弦矩阵，也即观测矩阵，tr表示求矩阵的迹，H^T表示观测矩阵H的转置，H是一个n×(3+l)维矩阵，其中n为定位解算中的可见卫星数，l表示组合星座卫星系统个数。

当按GDOP最优原则，在所有仰角大于最小仰角限制即遮蔽角MA的N颗可见星中选择m颗分布最优的卫星，其中3+l≤m＜N，即按遍历法计算各可能组合所相应的GDOP值并选取对应星座，就需要进行C_N^m次GDOP计算，由式(1)可知，每次GDOP计算都涉及到矩阵乘法和求逆，对多星座组合系统而言，可见星的数量N一般都很大，经分析可知，即使只是双系统，可见星的数量N一般也会在20以上，而对更多系统的组合星座，可见星的数量N则会达30-40，因此，即使只选择3+l颗卫星，其计算量也是很大的，占用时间会很长，特别是对高动态用户而言，这是无法承受的，而事实上，为了保证接收机能有效进行故障检测和识别，所选卫星数往往大于3+l，从而带来的问题将更为严重。

目前，针对组合星座选星问题，出现了一系列为减少计算量而设计的方法。虽然相对传统的常规选星方法而言其计算量有较大改善，但大部分方法其计算量仍然很大，有的方法则要求定位接收机有较大的内存容量，对实时用户而言，这也难以实现。有的虽然计算量不太大，但最终选取的卫星数过多，如占所有可见星数的60％以上。因为定位求解的计算量直接和采用的定位卫星数成倍数关系，所以这就增大了后续的定位解算的计算量，特别是对高动态用户而言，这也是不现实的。

发明内容